바이러스

바이러스(Virus)는 살아있는 세포를 통해서만 생명활동을 하는 '존재'이다. 평상시에는 돌덩어리와 같은 상태로 비활성화된 상태로 있다가 살아있는 세포와 접촉하면 이에 기생하여 생명활동을 시작한다. 다른 세포가 가진 유전정보를 복제할 수 있는 능력은 있지만, 자체적으로 신진대사를 할 수는 없기 때문에 바이러스는 다른 생명체 없이 스스로 생명활동을 할 수 없다. 따라서 바이러스를 생명체라고 부를 수 있는지에 대해서는 논란이 있다. 이 때문에 생물 분류 단계에서 세균역, 진핵생물역, 고균역 그 어디에도 속하지 않는 미분류 상태이다.[4] 현재는 생물과 무생물 사이 존재 정도로 취급되고 있다.[5]

바이러스는 크기가 작고 복제 주기도 짧아 빠른 속도로 변이하는데다 숙주 세포가 있어야만 번식시킬 수 있고, 일부 바이러스는 미친 독성 때문에 전문 연구시설도 갖추어야 하기에 연구하기 상당히 어려운 존재이다. 그러나 바이러스는 분자생물학 실험에서 없어서는 안 될 중요한 도구로 여겨지는데, 이는 유전정보가 단순한 까닭에 조작하기가 쉽고 효과 또한 높기 때문이다.[6]

바이러스 본체가 세포 밖에서 입자화한 것을 비리온(Virion)이라고 부른다. 바이러스가 띄는 정이십면체나 원기둥처럼 여러 특이한 모양들은 전부 이 비리온을 말하는 것이다.

어원은 라틴어 단어 Virus(고전: 위루스, 교회: 비루스)로, 독물·독소란 뜻이다. 바이러스는 영어 발음이며, 독일어, 러시아어로도 비루스[7]라 하고 일본에선 우이루스(ウイルス), 위루스(ウィルス) 또는 비루스(ビールス)라고 한다. 그래서 우리나라에서도 오래된 책에는 비루스로 적혀있는 경우가 많다. 한국에서는 북한에서 쓰는 외래어가 러시아어가 유래라는 속설이 많지만[8], 조선말대사전에 실린 공식적인 입장으로는 라틴어를 따라 비루스라고 한다. 그러나 해방 전의 서울말을 거의 그대로 받아들이고 '삐라', '고뿌(컵)'같은 일본어 외래어[9]도 받아들이고서는 일본어 유래가 아니라고 주장하는 북한 당국의 행태로 보면 한국의 옛날과 같이 일본어 유래로 보인다. 한자명은 거름종이를 통과하는 특성에서 딴 여과성 병독(濾過性 病毒)이다. 중국어에서는 간단히 병독, 즉 빙두(病毒, bìngdú)라고 한다.

광학 현미경으로 볼 수 없는 초현미경적 병원체이며 동시에 여과성 병원체이다. 크기는 0.01~0.2μm 정도이며 세균과는 달리 너무 작아서 19세기 말에 와서야 작아서 보이지 않는 무언가가 병을 일으킨다는 것을 알았으며, 20세기 들어 전자 현미경이 개발된 뒤에야 드디어 모습을 볼 수 있었다.

1892년 러시아 생화학자인 드미트리 이바노프스키[10]가 담배 모자이크 바이러스를 예측했었으며, 이후 미국 생화학자 웬들 메러디스 스탠리[11]가 1935년에 최초로 이 담배 모자이크 바이러스를 단백질 결정체 형태로 추출하는데 성공하였다. 그이는 이 공로로 1946년 노벨 화학상을 수상하였다. 프리온이 발견되기 전까지 바이러스는 인간이 파악하고 있는 병원체 가운데 구조가 가장 간단한 병원체였다.

한편 시간이 지날수록 크기가 큰 바이러스도 속속히 발견되었다. 예컨데 보통 바이러스는 대부분 크기가 20~300 나노미터 영역에 속하는데[12] 700 나노미터에 달하는 미미바이러스가 2003년 프랑스에서 발견된바 있다. 폐기하려는 배양액에 다른 세균은 다 죽었는데 한 종류만 살아있어서 봤더니 세균이 아니라 거대한 바이러스였다고 한다. 2013년에는 무려 1.2 마이크로미터에 달하는 판도라바이러스가, 다음해 시베리아에서는 1.5 마이크로미터 쯤 되는 피토바이러스가 발견되기도 하였다.

바이러스는 세균과는 엄연히 다른 존재다. 세균은 단독으로 자기 유전 정보 복제 및 번식, 신진대사가 온전히 가능한 생물에 해당된다. 하지만 바이러스는 유전정보를 가지고 있어도, 혼자서는 유전정보를 복제할 수가 없기 때문에 숙주가 되는 세포에 기생해야만 증식이 가능하다.[13] 또한 바이러스는 세균보다 수백 배 이상 작아서 거름종이도 통과할 정도[14]이다. 여러모로 생물에 대한 정의를 만족시키는 세균과 달리 바이러스는 내부 구조도 세포 단위마저 되지 않을 정도로 훨씬 간단하여,[15] 단백질 껍데기와 유전 물질밖에 없다. 숙주에게 해를 가한다는 인식 때문에 비슷한 이미지를 가지고 있지만, 생물학적으로는 완전히 딴판인 존재이다.

구성은 핵산[16]과 단백질로 구성되어 있다. 유전자 정보가 담긴 물질을 단백질 껍질이 둘러싸고 있는 간단한 구조로 구성되어 있다.

스스로는 번식을 하지 못하는 분자 덩어리일 뿐이지만 숙주 세포에 침투하면 숙주세포 속 효소와 세포기관들(특히 리보솜)을 이용해서 바이러스 유전 정보를 복제하며 급속히 증식한다. 기생하지 않을 때는 생명 활동을 전혀 하지 않으며, 결정 상태로 추출할 수도 있다.

생물과 비생물 경계에 모호하게 걸쳐있다. 생물적 특징으로는 활물기생, 자기복제, 돌연변이 등을 들 수 있겠고, 비생물적 특징으로는 조절 물질(효소)이 없다는 점[17], 공기에 노출되면 단백질 결정으로 추출이 가능한 점, 세포 구조물이 없다는 점, 살아있는 세포 없이는 독자적인 신진대사와 생식활동이 불가능한 점 등이 있겠다.

초창기 지구에서 초기 생물이 취했던 형태가 바이러스와 같은 모습이 아닌가 하는 추측이 있는가 하면[18], 초창기 생물 형태라기보다는 어떤 세균 종류가 진화 과정에서 유전 물질만 남기는 형태로 진화하여 바이러스가 되었다고 추측하는 사람들도 있다. 초창기 생물에 가까운 바이러스와 기존 생명체가 진화되면서 출현한 바이러스가 따로 있다고 생각하는 사람도 있다. 초기 지구에는 화학적 진화로 암모니아 등에서부터 생긴 아미노산이 흔했으므로 숙주 대신 그걸 먹다가 그게 바닥나자 숙주를 찾는 쪽으로 진화했다는 식으로 추측하기도 한다. 아직까지 생명체가 생겨난 기원은 커녕 바이러스가 어디서 유래했는지도 정확히 밝혀지지 않아 논란이 계속되고 있다. 거기다가 2020년 9월에는 판도라바이러스가 양성자 펌프로 불완전한 TCA 회로를 이용해 스스로 에너지를 생산한다는 것이 밝혀지기도 했다. 즉, 숙주가 없어도 바이러스가 에너지를 생산할 수 있다는 소리. 덤으로, 활물기생을 하는 거대 바이러스를 노리는 바이러스인 바이로파지(Virophage)도 존재한다.

인간 DNA 중 정크 DNA[19]에 고대 바이러스에서 유래한 DNA가 섞여 있다. 이를 내인성 레트로바이러스라 한다. 파리와 인간 사이 DNA 일치율만 해도 60% 정도는 동일하기도 하고[20], 심지어 인간 DNA 중에는 이곳 저곳에 옮겨다니는 Alu도 있으니 가볍게 넘어갈 수도 있긴 하다.

내인성 레트로바이러스에 관한 과거사는 보통 여러가지 내인성 바이러스종(Species) 게놈 서열을 분석ㆍ비교하고, 진화학적으로 해당 종 혹은 아종이 나타난 시기와 비교하여 추적한다.[21] 물론, 재수없이 이 부분이 활성화되면 인체에 치명적일 수 있기 때문에, 이 부분을 비활성화하는 매커니즘이 따로 존재한다. 따라서 내인성 레트로바이러스는 본래 주인인 생물에게는 별 영향이 없으나 다른 생물 몸 속에 들어가게 되면 그 DNA 파편 자체가 레트로바이러스로서 활성화되기도 한다.[22] 그렇지만 이런 바이러스 덕분에 인간이 생존할 수 있기도 하다. 특히 HERV-FRD란 내생 레트로바이러스는 산모와 태아 간에 단백질 막을 형성하여 산모 면역반응으로부터 태아를 보호한다.

후천적으로 바이러스 DNA가 숙주세포 속에 영구적으로 존재할 수도 있다.[23] 물론 개체 전체에서 유전자 변형이 일어나는 게 아니라 국지적인 부분에 한정된다. 증식을 위해 끼워 넣은 DNA가 어떤 이유에서 전부 혹은 일부가 계속 남게 되는 것이다. 이것이 숙주 몸에서 아무런 효용가치가 없는 서열로 남아 이리저리 섞이다가 돌연변이원으로 작용하여 암을 일으킨다는 주장도 있다. 하지만 아주 아주 아주 드물게 생식세포를 감염시키고 그것이 이롭게 작용할 수도 있다. 특히 탯줄이 이런 경우이다.

생물 분류 단계를 그대로 가져와서 쓴다.

이 분류에서는 바이러스를

해당 6가지 역으로 나누며, 하위 계통은

이런 식이다. 2018년 전까지는 상위 단계로 목까지만 있었다.

노벨상 수상자인 데이비드 볼티모어는 바이러스를 유전물질이 DNA인지 RNA인지, 숙주세포 유전자 사이에 바이러스 유전자를 끼워넣는지 아닌지에 따라서 총 7 가지 범주로 분류했다.

그 외에 외막 유무(외막이 있는 경우는 랍도, 인플루엔자, 코로나, 토가. 외막이 없는 경우는 레오, 아데노, 이리도, 파보.), 형태(구형, 막대형 등)로 분류할 수도 있다.

바이러스 종류

앞서 언급했듯, 생물 밖에서는 평범한 무생물처럼 보이나, 바이러스가 기생을 시작하면 숙주 세포의 기관을 이용하여 자신을 복제하는 강력한 무기를 꺼내든다. 바이러스가 생물 세포에 기생하면서 그 세포 속 거의 모든 통제권한을 자기가 쥐락펴락하며, 한번 복제되기 시작하면 바이러스의 수가 기하급수적으로 순식간에 늘어난다.

또 다른 특징으론 돌연변이가 단세포 생물보다 훨씬 많이 일어난다.[26] 변이에 대한 일반적인 오해가 바이러스가 자신이 어떻게 변이할지를 선택해서 변이한다는 것인데 이는 틀린 말이다. 변이는 무작위로 일어나는 현상이라 어떤 변종이 나올지는 바이러스 자신조차 알 수 없으며, 이 수많은 무작위의 변종 중에서 생존에 가장 유리한 종만이 살아남고 나머지는 도태된다. COVID-19[27]를 예로 들면 처음엔 그냥 코로나라고 칭하다가 알파 변이를 시작으로 온갖 변종이 나타나는데, 생존에 유리한 변종이 있다면 변종이 우세종이 되어 기존의 종을 몰아내고, 우세종이 된 변종에서 또 변이가 일어나 생존에 유리한 변종이 기존의 변종을 밀어내고 우세종이 되는 무한의 순환을 거치며 점차 생존에 유리한 방향으로 변이되는 것이다.

병원성 바이러스[28]는 일반적으로 초기엔 치사율이 매우 높다가 변이를 거치면 거칠수록 치사율이 떨어지는 특징을 보인다.[29] 이는 초기 형태 땐 바이러스가 너무 강해 숙주가 지속적으로 살아 움직이며 바이러스를 뿌리지 못하고 그냥 죽어버리는데, 숙주가 죽어버리면 더이상 자신을 퍼트릴 수 없게 된다. 즉 숙주의 면역 체계를 이기고 냅다 숙주를 죽여버리는 바이러스는 도태되고, 숙주를 생존시키는 바이러스만이 살아남는 것이다. 강한 자가 살아남는 것이 아닌 살아남은 자가 강한 것인 적자생존을 몸소 보여주는 대목이다.

바이러스는 세균이나 균, 원충 같은 병원성 미생물과 달리 세포가 없다.[30] 때문에 항진균제나 항생제가 전혀 소용 없다. 일부에선 바이러스성 질환에 항생제가 남용되고 있는데, “예방적” 항생제 사용은 아무런 의미가 없는 것으로 몇 번이나 증명되었으며 근절해야 할 악습이다.

바이러스성 질환 중 대부분은 약으로 치료하지 않으며, 수분 공급, 소염제, 해열제 등으로 대증 요법[31]을 해주면서 인체 면역계가 자체적으로 바이러스를 제거하는 것을 기다린다. 이것이 거의 모든 감기, 바이러스성 장염 등에 대한 “치료”법이다. 그러나 바이러스성 질환에는 이처럼 자가제한적 경과[32]를 보이는 것만 있는 것이 아니며, 방치하면 생명을 위협하는 무서운 바이러스성 질환도 많다. 이런 경우 백신을 개발해 예방하거나, 항바이러스제를 이용해 치료해야 한다.

항바이러스제는 대개 비싸고 부작용도 많기 때문에, 백신을 개발해 예방할 수 있다면 최고다. 하지만 바이러스 중에는 백신을 만들기 매우 어려운 특성을 가진 것들도 있고(예: HIV),[33] 항원성이 자꾸 변이하기 때문에 만들어둔 백신이 효과가 없는 경우도 종종 있다(예: 감기, 인플루엔자). 또한 백신 개발은 아무리 서두르더라도 수 개월이 소요되며(임상시험 및 허가에 소요되는 시간까지 합하면 아무리 서둘러도 1년 이상)[34], 이럴 경우 어쩔 수 없이 항바이러스제를 써야 한다.

항바이러스제는 항생제와 달리 특정 바이러스를 잡기 위해 개발된 것들이 대부분이다(반면 항생제는 공통적인 특징을 갖는 여러 세균들에게 두루 유효하다). 때문에 항바이러스제가 개발되어 있는 바이러스들은 인류에게 널리 해를 끼치는 거물급들이 많다. 인플루엔자에 대한 치료제로 개발된 아만타딘과 리만티딘, 타미플루와 헤르페스 감염 치료용이자 초창기 항바이러스제이기도 한 아시클로버, HIV 치료용으로 개발된 지도부딘과 라미부딘 등이 그 예다. 간혹 여러 바이러스종에 효과가 있는 항바이러스제도 있지만(플레코나릴 등) 자주 사용되지는 않는다.[35]

세균이나 진균은 인체가 감염에 대항해 만들어내는 물질이나 증가하는 혈중 면역세포 등으로 감염 여부를 꽤 정확히 알 수 있고, 심지어 검체 배양을 통해 동정(원인 병원체를 확인)하는 것도 가능하다. 반면 바이러스는 감염 시 인체가 나타내는 증상과 징후가 특정적이지 않은 경우가 많으며, 대개 일반적인 증상 및 징후(예를 들어 발열, 오한, 복통, 기침 등)를 바탕으로 현재 유행 중인 바이러스 감염을 추측해 대증 치료(증상만 완화시키고 병원체를 직접 치료하지 않음)하는 것이 일반적이다.

그러나 SARS, HIV, 에볼라, COVID-19처럼 사회적으로 큰 문제를 일으키는 바이러스성 질환에 대응할 땐 증상이나 징후가 있는 사람이 해당 바이러스에 감염되었는지 정확히 알아낼 방법이 필요하며, 이를 위해 검체에서 바이러스를 검출할 방법이 필요하다. 허나 바이러스는 세균처럼 쉽게 배양할 수 없으므로(해당 바이러스가 잘 감염하는 세포들로 구성된 세포주가 필요), 대개 분자생물학적인 방법으로 진단해야 한다.

일반인에게도 친숙한 간염 검사는 각종 간염 바이러스에 대한 항원과 항체를 검사하는 방법으로, 간염 환자로 판명될 경우 현재 감염력이 있는 활동성 감염인지 여부를 알아보기 위해 바이러스가 보유한 유전물질(RNA와 DNA)을 검사하기도 한다.

에볼라, SARS, MERS를 진단할 시에는 거의 항상 PCR(중합효소 연쇄반응)을 이용하며, COVID-19 검사에도 (우리나라 등에서는) PCR를 이용했다. PCR 문서에 자세히 나와 있지만, 중합효소라는 효소를 이용해 바이러스 유전물질을 증폭시켜 검출하는 검사이기 때문에 범용성이 높고 민감도, 정확도도 양호하다.

판도라바이러스같은 거대 DNA 바이러스가 잇따라 발견되며, 이 거대 DNA 바이러스들이 특이한 DNA 및 바이러스 구조를 공유한다는 점으로 미루어 이들은 모두 공통 바이러스 조상에서 유래한 것이 아니냐는 추측이 있다.

거대 바이러스는 세균과 비슷한 세포막과 구조를 지님으로써 세균이 진화한 것이 아니냐는 이야기도 있고, 아예 이 분류에 해당하는 '바이러스'들은 고균, 세균, 진핵생물과는 별개인, 알려지지 않은 절멸한 역에 속한 생물군에서 유래된거라는 가설도 있는 등, 거대 DNA 바이러스들에 대한 공통 조상 유무가 큰 논란 거리임에도 불구하고 꽤 그럴싸한 가설로 여겨지고 있다.

위에서도 언급되어 있듯이 세균과 바이러스는 엄연히 별개이기에 바이러스로 인한 질환은 반드시 항바이러스제로 치료해야 하며, 바이러스를 체내에서 완전히 제거하는 건 현대 의학으로는 아직 불가능하다. 더 정확히는 세포를 염색체 단위로 뜯어서 바이러스 게놈을 들어내야 하기 때문이다.[36] 특히 연고처럼 간단히 구입할 수 있는 약을 오남용하기 쉬우므로 질환이 세균성인지 바이러스성인지 진단을 통해 정확히 파악해야 한다.

인체에 있는 미생물들을 찾으면서 바이러스도 제각각이란걸 알게 되었다. 일단, 병을 일으키는 바이러스가 있지만 대부분이 박테리오파지이며, 심지어 인간 유전체에서 보관중인 바이러스도 있다는 것이 밝혀져서 현재 연구중에 있다.

그리고, 이 다양성은 계속 확장되고 있는데, 인간을 감염시키는 바이러스는 219종으로 알려져 있지만, 매년 3~4종의 새로운 바이러스가 계속 발견되고 있다.

현대 의학이나 기술로는 바이러스를 박멸시키는 것이 불가능하다. 그래서 인류와 바이러스 사이 전쟁은 끝날 기미가 안보인다. 인간은 천연두 단 1 종을 제외하면 바이러스에 대항하여 승리를 거둔 적이 없다.[37] 기껏해야 천연두같은 극히 몇몇 종류만 소멸시킨게 전부이다. 인간이 발견한 바이러스 종류는 고작 5%. 모든 바이러스가 그렇진 않지만 홍역, 수두, 헤르페스, 로타, 노로, 에볼라, 에이즈, 메르스, 코로나19 등 인류를 지독하게 괴롭히는 바이러스로 인해 많은 사람들이 바이러스가 지구상에서 완전히 사라지길 바라고 있다.

그런데 만약 바이러스가 감쪽같이 사라진다면 어떻게 될까? 우선 첫 번째로는 바이러스성 질병도 없어지면서 인류는 쾌활을 되찾게 될 것이며 유토피아를 영접하게 될 것이다. 아주 잠깐 동안은 말이다. 잠시 동안은 살 맛 나겠지만 며칠만 지나도 헬게이트가 펼쳐진다.[38] 왜냐하면 바이러스의 일종인 박테리오파지마저 없으면 숙주인 세균은 아주 폭발적인 속도로 증식을 하기 시작한다. 특히 바다가 먼저 타격을 입게된다. 바닷속에 서식하는 시네코코커스 피지 바이러스가 자취를 감추면서 바다 속 해양 세균과 미생물들은 걷잡을 수 없을 정도로 퍼지게 된다. 이렇게 되면 바다 속 산소는 점점 줄어들게 되고, 해양세균에 의해 바다 속 산소통인 식물성 플랑크톤은 전멸하게 된다. 그 뒤로 수많은 해양생물들이 떼죽음을 당하게 되고, 세균을 억제시킬 바이러스도 없기에 생물은 매우 빠른 속도로 부패가 진행된다. 이렇게 생물들이 부패함과 유독 가스 등으로 바다는 심각하게 오염된다.

육지도 상황은 다르지 않다. 일단 젖소에게서 짜내는 우유도 마실 수가 없다. 특정 바이러스는 젖소가 먹는 풀 속 셀롤로우스를 당으로 바꾸기에 우유가 나올 수 있는 것이다. 그리고 더운 지방이나 화산 주위에 있는 식물들도 죄다 죽는다. 고열에 버틸 수 있게 해주는 바이러스가 없기 때문이다.

또한 그로 인해 세균성 질병 환자도 폭증하게 되고, 의료계에서 주로 세균박멸에 이용하거나 혹은 Human Virome의 주인 박테리오파지가 없기에 세균으로 인한 사망자가 늘어나는것과 더불어, 인간의 7번 염색체에 존재하는 Syncytin-1 이란 유전자가 있는데, 이건 원래 2천 5백만년전 감염된 레트로바이러스로 현재 하는 역할은 임산부와 태아간의 단백질 막을 만들어 임산부의 면역체계가 태아를 공격하지 못하게 막는다. 이 바이러스가 생산하는 단백질 막이 없으면 임산부의 면역체계가 태아를 공격하여 없애버리기에 인류는 곧 멸종할 가능성이 높다.

매우 작아 눈에 보이는 존재가 아닌 만큼 캐릭터라기보다는 상황이자 재난 그 자체로 등장하는 경우가 많다.

컴퓨터 바이러스가 보이는 특성이 있거나 항목에 들어가는 개념일 경우는 # 표기.